基于DSSAT和GIS的中國水稻產(chǎn)量時(shí)空變化模擬研究

杜朝正

摘 要：以DSSAT模型相關(guān)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合DSSAT模型和GIS技術(shù)，模擬了中國不同歷史時(shí)期（1980-2007年）水稻產(chǎn)量，研究水稻產(chǎn)量時(shí)空分布特征以及產(chǎn)量變化區(qū)分布規(guī)律。結(jié)果表明：中國水稻氣候產(chǎn)量總體呈現(xiàn)增加趨勢，在空間上分布不均，南方高于北方，東部高于西部；水稻產(chǎn)量的變化逐漸形成了4個不同增減態(tài)勢區(qū)以及3個不同穩(wěn)定性區(qū)域的整體格局，從而得出未來一定時(shí)期中國水稻產(chǎn)量穩(wěn)定增產(chǎn)的穩(wěn)定潛力區(qū)。

關(guān)鍵詞：DSSAT；GIS；水稻氣候產(chǎn)量；時(shí)空變化；模擬研究

中圖分類號 S315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）10-139-03

Abstract：On the basis of DSSAT model related theory，in combination with DSSAT model and GIS technology，simulate the different periods（1980-2007）of rice yield in China，and analyze the rice yield in spatial and temporal characteristics and distribution yield change region. The results show that，Chinese rice climate production tend to increase with the time turnover； distribution is not balanced of rice yield in the space，the south more than north，the east than the west； Change areas of rice yield gradually formed the pattern of "four changes" and "three stable"，and the stable potential area describes Chinese rice yield stable condition for a certain period.

Key words：Decision Support System for Agrotechnology Transfer； Geographic Information System； Climate rice yield； Spatial and temporal change； Situation

1 引言

中國稻區(qū)遼闊，可劃分10個稻作區(qū)[1]。統(tǒng)計(jì)資料只顯示區(qū)域內(nèi)水稻的總產(chǎn)量，不能統(tǒng)計(jì)每個站點(diǎn)的產(chǎn)量值。為此，筆者將DSSAT模型與GIS技術(shù)結(jié)合，在計(jì)算機(jī)上“種植”水稻，并計(jì)算出每個模擬點(diǎn)的1980-2007年的逐年水稻產(chǎn)量，在此基礎(chǔ)上分析水稻氣候產(chǎn)量分布特征。

2 水稻產(chǎn)量時(shí)空格局研究

對10個稻區(qū)的水稻產(chǎn)量按不同時(shí)期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總，結(jié)果如表1，利用GIS對數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析，得到相對于上一時(shí)期水稻產(chǎn)量變化的區(qū)域以及不同時(shí)期各稻區(qū)的百分比。

由表1可知，同20世紀(jì)80年代相比，20世紀(jì)90年代凈增產(chǎn)1 920.21萬t，各稻區(qū)均有不同程度增產(chǎn)；同20世紀(jì)90年代相比，2000-2007年凈減產(chǎn)5.19%，除個別稻區(qū)外，大部分稻區(qū)均有不同程度減產(chǎn)。長江流域南部稻區(qū)是20世紀(jì)90年代增產(chǎn)量最大、2000-2007年減產(chǎn)量最大的區(qū)域；長江流域南部稻區(qū)是中國水稻產(chǎn)量最大的區(qū)域，該稻區(qū)水稻產(chǎn)量的穩(wěn)定性關(guān)系到全國水稻總產(chǎn)量的穩(wěn)定。

由表1還可以看出，1980-2007年，長江流域北部和南部稻區(qū)、華北稻區(qū)、華南稻區(qū)等稻區(qū)內(nèi)的水稻產(chǎn)量在水稻總產(chǎn)量的構(gòu)成中均大于6.5%，包括長江流域在內(nèi)的中國南方是重要的水稻種植區(qū)域，在全國總產(chǎn)量構(gòu)成中比重總和超過75%，因此，需改變原有的水稻種植政策，對該區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)扶持。而西北干旱、半干旱稻區(qū)、青藏高原不宜稻區(qū)等3個稻區(qū)在全國總產(chǎn)量構(gòu)成中比重均不超過1%，海拔高度、氣溫等自然因素決定了該區(qū)域不適合大面積種植水稻。

3 水稻產(chǎn)量變化區(qū)時(shí)空特征

水稻產(chǎn)量在同一區(qū)域內(nèi)隨時(shí)間的變化而變化，即不同的增減態(tài)勢區(qū)，增減態(tài)勢區(qū)是定性描述水稻產(chǎn)量在不同時(shí)期的變化區(qū)域；水稻產(chǎn)量在同一時(shí)期不同區(qū)域內(nèi)的起伏波動狀況不同，即不同變化幅度區(qū)域，不同變化幅度區(qū)域直觀顯示水稻產(chǎn)量的穩(wěn)定性水平。

3.1 不同增減態(tài)勢分析 增減態(tài)勢是同一區(qū)域相對于上一時(shí)期的水稻產(chǎn)量變化態(tài)勢。借鑒相關(guān)專家的研究成果[2-5]，將全國范圍內(nèi)的稻作區(qū)劃分為先減再增、先增再減、持續(xù)增產(chǎn)、持續(xù)減產(chǎn)等4個增減態(tài)勢區(qū)。通過ArcGIS進(jìn)行圖層疊合分析，得出20世紀(jì)90年的減產(chǎn)區(qū)和增產(chǎn)區(qū)、2000時(shí)期的減產(chǎn)區(qū)和增產(chǎn)區(qū)，以及得出4個增減態(tài)勢區(qū)分布圖（圖1）。

對水稻產(chǎn)量不同增減態(tài)勢的區(qū)域，應(yīng)制定適宜的水稻播種計(jì)劃，采取具有針對性措施，提高水稻單產(chǎn)和復(fù)種指數(shù)，使全國水稻產(chǎn)量保持總體穩(wěn)定。（1）先減再增區(qū)域零散分布，需要對該區(qū)域加大水稻等涉農(nóng)資金投入，加大建設(shè)灌溉水渠等工程，推廣高產(chǎn)品種，提高單產(chǎn)，使該區(qū)域內(nèi)水稻產(chǎn)量保持增長；（2）先增再減區(qū)分布廣泛，且范圍較大，在長江流域南北稻區(qū)、華南稻區(qū)、東北稻區(qū)等主要稻區(qū)內(nèi)均有分布，該區(qū)域具有大幅提高產(chǎn)量的潛力；（3）持續(xù)增產(chǎn)區(qū)主要分布于南方，在長江流域南北稻區(qū)、云貴高原稻區(qū)、華南北稻區(qū)等區(qū)域均有分布，需要進(jìn)一步提高資源利用的效率，推廣高產(chǎn)、多季水稻，提高單產(chǎn)，使區(qū)域內(nèi)的水稻產(chǎn)量持續(xù)增加；（4）持續(xù)減產(chǎn)區(qū)零散分布，且范圍較小，需要對該區(qū)域內(nèi)的水田進(jìn)行科學(xué)論證、長期規(guī)劃，挖掘水稻生產(chǎn)潛力，逐步扭轉(zhuǎn)持續(xù)減產(chǎn)趨勢。

3.2 不同變化幅度區(qū)空間分布 同一區(qū)域在不同時(shí)期的水稻產(chǎn)量起伏波動狀況不同，參考專家的研究思路[4，6]，依據(jù)產(chǎn)量穩(wěn)定性以及產(chǎn)量起伏波動大小，將變化幅度區(qū)域劃分為穩(wěn)定區(qū)、波動區(qū)以及激變區(qū)。穩(wěn)定區(qū)是指稻區(qū)內(nèi)產(chǎn)量常年較穩(wěn)定、起伏波動小的區(qū)域。稻區(qū)內(nèi)產(chǎn)量起伏波動均在±15%內(nèi)作為穩(wěn)定區(qū)域；稻區(qū)內(nèi)產(chǎn)量波動均在±30%內(nèi)作為波動區(qū)；出現(xiàn)產(chǎn)量的其他波動狀況作為激變區(qū)。在WorkStation環(huán)境中進(jìn)行疊合分析得出結(jié)果如圖2。由圖2可知：波動區(qū)主要分布于長江流域北部稻區(qū)的中東、南部，長江流域南部稻區(qū)西北、中北、東南部以及和華南稻區(qū)的交界處，東北早熟稻區(qū)的中南、中北部，華北稻區(qū)西南部，云貴高原稻區(qū)東南部。穩(wěn)定區(qū)主要分布于長江流域北部稻區(qū)的南、中和東部，長江流域南部稻區(qū)的東北、西北和南部，華北稻區(qū)的東南部，東北早熟稻區(qū)的中部以及華南稻區(qū)。激變區(qū)分布于長江流域南部稻區(qū)東北、東南、中部以及與華南稻區(qū)交界處，東北特早熟稻區(qū)的南、中、東部，云貴高原稻區(qū)的東北、西北、南部和中部，華北稻區(qū)西南部。

3.3 水稻產(chǎn)量穩(wěn)定潛力區(qū)的空間分布 穩(wěn)定潛力區(qū)描述的是未來一定時(shí)期水稻產(chǎn)量穩(wěn)定增產(chǎn)的區(qū)域，指先增再減區(qū)與產(chǎn)量穩(wěn)定區(qū)的重合區(qū)域，分析該區(qū)域空間分布規(guī)律可以為政府決策部門制定農(nóng)業(yè)政策提供參考。利用ArcGIS進(jìn)行疊合運(yùn)算得出結(jié)果如圖3。由圖3可知：從全國范圍來看，穩(wěn)定潛力區(qū)多分布于秦嶺淮河以南，分稻區(qū)來看，穩(wěn)定潛力區(qū)分布于長江流域南部稻區(qū)西北部、南部，華南稻區(qū)南部，長江流域北部稻區(qū)東部、中東部。穩(wěn)定潛力區(qū)顯示出水稻增產(chǎn)的重點(diǎn)潛力區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)水稻產(chǎn)量波動狀況直接影響到全國范圍內(nèi)水稻產(chǎn)量的穩(wěn)定狀況，是農(nóng)業(yè)部門的重點(diǎn)資金扶持區(qū)域。

4 結(jié)語

從本次研究可知，全國范圍內(nèi)水稻產(chǎn)量具有增加的趨勢，但時(shí)間、空間上分布不均，表現(xiàn)為東部高于西部，南方高于北方，分稻區(qū)來看，長江流域是水稻生產(chǎn)最重要的區(qū)域。水稻產(chǎn)量總體分布格局表現(xiàn)為“四變、三穩(wěn)”，4個不同增減態(tài)勢區(qū)域定性顯示出水稻產(chǎn)量的增減狀況；3個不同穩(wěn)定性區(qū)域進(jìn)一步描述在不同時(shí)期水稻產(chǎn)量的起伏波動狀況。穩(wěn)定潛力區(qū)可以為農(nóng)業(yè)部門制定水稻政策提供參考。

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（責(zé)編：張宏民）